Ce:YIG磁光薄膜材料巨法拉第效应及损耗的微观机理研究

采用DV-Xα方法计算了YIG、Bi-YIG及Ce：YIG磁光薄膜的电子结构，在能态密度的基础上，得出了导致磁光效应的两种电荷转移跃迁。对于Ce（3+）的掺入，极大的增大了跃迁的振子强度；Ce5d、Ce4f与Fe3D形成具有较大自旋-轨道相互作用的耦合轨道；同时产生Fe3D→Ce4f的电子跃迁。在入射光的频率从1.0～3.2eV的范围内，对法拉第旋转谱及光吸收谱的理论计算与实验结果相比符合较好。结果表明，Ce：YIG法拉第旋转角增大的主要原因是由于Ce（3+）的掺入形成了具有很大的自旋-轨道相互作用的耦合轨道，使耦合轨道的自旋-轨道劈裂所导致的。在光吸收谱中，对于1.5eV与2.1eV两个吸收峰，可以归因于电荷转移跃迁Fe3d→Ce4f，而不是Ce4f→Fe3d的跃迁以Ce（3+）离子的内的4f→5d的电子跃迁。